CN111651944B - 核反应堆计算系统 - Google Patents
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Abstract
一种核反应堆计算系统，核反应堆计算系统包括计算模块、控制模块以及通信模块。计算模块用于对核反应堆进行一维系统程序计算以及三维CFD程序计算；控制模块控制一维系统程序以及三维CFD程序的开启以及停止；通信模块配置成根据控制模块的控制结果实现一维系统程序的计算结果与三维CFD程序的计算结果的数据交换。这种核反应堆计算系统有助于降低核反应堆设计分析人员采用一维系统程序和三维CFD程序耦合计算的实施难度，有助于简化核反应堆设计分析人员采用一维系统程序和三维CFD程序耦合计算的流程。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种核反应堆计算系统。
背景技术
目前，针对核反应堆的热工水力分析计算，既可以利用一维系统程序，也可以利用三维CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学)程序。由于核反应堆系统结构复杂,空间维度大,流动换热特性复杂，仅采用一维系统程序对三维效应明显的反应堆进行热工水力分析具有天然的局限性，即不能精确模拟堆本体内复杂三维流动换热现象。而三维CFD程序计算量较大，计算速度慢，尤其当涉及大型复杂研究对象时，对计算机配置和性能要求高。
虽然，现在已经有了耦合一维系统程序和三维CFD程序来进行核反应堆的热工水力分析计算的方式，但是现有的这种方式在实施上有一定难度，操作起来困难，流程复杂。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的核反应堆计算系统。
本发明提供了一种核反应堆计算系统，包括：计算模块，用于对所述核反应堆进行一维系统程序计算以及三维CFD程序计算；控制模块，控制所述一维系统程序以及所述三维CFD程序的开启以及停止；通信模块，配置成根据所述控制模块的控制结果实现所述一维系统程序的计算结果与所述三维CFD程序的计算结果的数据交换。
可选地，所述计算模块包括：一维计算子模块，用于对所述核反应堆进行所述一维系统程序计算；三维计算子模块，用于对所述核反应堆进行所述三维CFD程序计算；且所述控制模块包括：一维控制子模块，控制所述一维系统程序的开启，并控制每次所述一维系统程序开启后计算一预设步长的计算后停止；三维控制子模块，控制所述三维CFD程序的开启，并控制每次所述三维CFD程序开启后计算另一预设步长的计算后停止。
可选地，所述控制模块还用于产生具有预设初始值的状态数，且所述状态数的数值根据所述一维系统程序以及所述三维CFD程序的停止变化；且所述一维控制子模块根据所述状态数的数值控制所述一维系统程序的开启，所述三维控制子模块根据所述状态数的数值控制所述三维CFD程序的开启。
可选地，所述状态数包括具有第一预设初始值的第一状态数以及具有第二预设初始值的第二状态数，所述第一状态数的数值根据所述三维CFD程序的停止变化，所述第二状态数的数值根据所述一维系统程序的停止变化；且所述一维控制子模块根据所述第一状态数的数值以及所述第二状态数的数值的大小关系控制所述一维系统程序的开启，所述三维控制子模块根据所述第一状态数的数值以及所述第二状态数的数值的大小关系控制所述三维CFD程序的开启。
可选地，所述通信模块包括一维通信子模块以及三维通信子模块，所述一维通信子模块用于在所述一维系统程序停止时向所述一维计算子模块接收所述一维系统程序的计算结果，并向所述三维通信子模块发送所述一维系统程序的计算结果；且所述三维通信子模块接收所述一维通信子模块发送的所述一维系统程序的计算结果，并向所述三维计算子模块发送所述一维系统程序的计算结果，以使所述三维计算子模块根据所述一维系统程序的计算结果进行所述三维CFD程序计算。
可选地，所述一维通信子模块还用于在所述一维系统程序停止时向所述控制模块接收所述状态数，并向所述三维通信子模块发送所述状态数；所述三维通信子模块接收所述一维通信子模块发送的所述状态数，并向所述三维控制子模块发送所述状态数，以使所述三维控制子模块根据所述状态数控制所述三维CFD程序的开启。
可选地，所述三维通信子模块用于在所述三维CFD程序停止时向所述三维计算子模块接收所述三维CFD程序的计算结果，并向所述一维通信子模块发送所述三维CFD程序的计算结果；所述一维通信子模块接收所述三维通信子模块发送的所述三维CFD程序的计算结果，并向所述一维计算子模块发送所述三维CFD程序的计算结果，以使所述一维计算子模块根据所述三维CFD程序的计算结果进行所述一维系统程序计算。
可选地，所述三维通信子模块还用于在所述三维CFD程序停止时向所述控制模块接收所述状态数，并向所述一维通信子模块发送所述状态数；所述一维通信子模块接收所述三维通信子模块发送的所述状态数，并向所述一维控制子模块发送所述状态数，以使所述一维控制子模块根据所述状态数控制所述一维系统程序的开启。
可选地，所述核反应堆计算系统还包括：检测模块，检测所述一维通信子模块以及所述三维通信子模块对数据的接收以及发送状态是否异常，所述数据包括所述一维系统程序的计算结果、所述三维CFD程序的计算结果以及所述状态数；且在所述一维通信子模块或所述三维通信子模块对所述数据的接收以及发送状态异常时，所述一维通信子模块或所述三维通信子模块对所述数据进行重新接收或发送。
可选地，所述核反应堆计算系统还包括：输出模块，用于输出所述一维系统程序的计算结果与所述三维CFD程序的计算结果。
与现有技术相比，本发明提供的核反应堆计算系统有助于降低核反应堆设计分析人员采用一维系统程序和三维CFD程序耦合计算的实施难度，有助于简化核反应堆设计分析人员采用一维系统程序和三维CFD程序耦合计算的流程，采用一维系统程序和三维CFD程序耦合计算，不仅使得核反应堆设计分析过程中具有较高的计算精度，还避免了过于繁重的计算量。本发明综合考虑计算精度与计算效率，耦合一维系统程序与三维CFD程序，以有效计算稳态和瞬态工况下三维热工水力效应并考虑整体系统特性的影响，一维系统程序与三维CFD程序的耦合使得核反应堆的设计与事故模拟更加系统化、一体化。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1是根据本发明一个实施例的核反应堆计算系统的结构框图；
图2是根据本发明另一个实施例的核反应堆计算系统的结构框图；
图3是图2所示的核反应堆计算系统在在一维系统程序停止时的信息交互图；
图4是图2所示的核反应堆计算系统在在三维CFD程序停止时的信息交互图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本实施例提供了一种核反应堆计算系统10，图1是根据本发明一个实施例的核反应堆计算系统10的结构框图，核反应堆计算系统10包括计算模块100、控制模块200以及通信模块300。
计算模块100用于对核反应堆进行一维系统程序计算以及三维CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学)程序计算。
本领域技术人员可以理解地，对核反应堆进行一维系统程序计算以及三维CFD程序计算包括对核反应堆进行热工水力分析计算。其中，一维系统程序可以为TRACE程序、CATHARE程序、THACS程序等，三维CFD程序可以为Fluent程序、CFX程序等，由于这类程序本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。
控制模块200控制一维系统程序以及三维CFD程序的开启以及停止。通信模块300配置成根据控制模块200的控制结果实现一维系统程序的计算结果与三维CFD程序的计算结果的数据交换。
一维系统程序具有包含部件多且计算速度快的优点，三维CFD程序可以对复杂几何结构进行精细建模，能详细模拟反应堆内整体及局部的三维流动传热效应。耦合一维系统程序与三维CFD程序，以计算稳态和瞬态工况下三维热工水力效应并考虑整体系统特性的影响使得核反应堆的设计与事故模拟更加系统化、一体化。
本实施例的核反应堆计算系统10有助于降低核反应堆设计分析人员采用一维系统程序和三维CFD程序耦合计算的实施难度，有助于简化核反应堆设计分析人员采用一维系统程序和三维CFD程序耦合计算的流程，采用一维系统程序和三维CFD程序耦合计算，不仅使得核反应堆设计分析过程中具有较高的计算精度，还避免了过于繁重的计算量。
图2是根据本发明另一个实施例的核反应堆计算系统10的结构框图，如图2所示。
计算模块100可以包括一维计算子模块110以及三维计算子模块120。
其中，一维计算子模块110用于对核反应堆进行一维系统程序计算，三维计算子模块120用于对核反应堆进行三维CFD程序计算。
控制模块200可以包括一维控制子模块210以及三维控制子模块220。
一维控制子模块210控制一维系统程序的开启，并控制每次一维系统程序开启后计算一预设步长的计算后停止。本领域技术人员可以理解地，不同次数的一维系统程序开启后计算的所述一预设步长可以不同，也可以相同，例如，一维系统程序第一次开启后计算的所述一预设步长与一维系统程序第二次开启后计算的所述一预设步长可以相同也可以不同。
三维控制子模块220控制三维CFD程序的开启，并控制每次三维CFD程序开启后计算另一预设步长的计算后停止。本领域技术人员可以理解地，不同次数的三维CFD程序开启后计算的所述另一预设步长可以不同，也可以相同，例如，三维CFD程序第一次开启后计算的所述另一预设步长与三维CFD程序第二次开启后计算的所述另一预设步长可以相同，也可以不同。
其中，所述一预设步长以及所述另一预设步长具体可以预设为计算至核反应堆计算过程中的某一过程结果，也可以为预设的计算步数等，所述一预设步长以及所述另一预设步长可以根据实际情况进行选择，本实施例并不对所述一预设步长以及所述另一预设步长的具体设置进行限定。
控制模块200还可以用于产生具有预设初始值的状态数，且状态数的数值根据一维系统程序以及三维CFD程序的停止变化。
一维控制子模块210根据状态数的数值控制一维系统程序的开启，三维控制子模块220根据状态数的数值控制三维CFD程序的开启。
具体地，状态数可以包括具有第一预设初始值的第一状态数state1以及具有第二预设初始值的第二状态数state2，在一些实施例中，第一预设初始值可以为1，第二预设初始值可以为0，在其他实施例中，第一预设初始值、第二预设初始值也可以为其他数值。
第一状态数state1的数值根据三维CFD程序的停止变化，例如，当三维CFD程序每停止一次时，第一状态数state1的数值就增加1。
第二状态数state2的数值根据一维系统程序的停止变化，例如，当一维系统程序每停止一次时，第一状态数state2的数值就增加1。
一维控制子模块210可以根据第一状态数state1的数值以及第二状态数state2的数值的大小关系控制一维系统程序的开启，例如，当第一状态数state1大于第二状态数state2时，控制一维系统程序的开启，当第一状态数state1小于或等于第二状态数state2时，不控制一维系统程序的开启，则一维系统程序处于计算等待状态。
三维控制子模块220根据可以第一状态数state1的数值以及所述第二状态数state2的数值的大小关系控制三维CFD程序的开启，例如，当第一状态数state1大于第二状态数state2时，控制三维CFD程序的开启，当第一状态数state1小于或等于第二状态数state2时，不控制三维CFD程序的开启，则三维CFD程序处于计算等待状态。
通信模块300可以包括一维通信子模块310以及三维通信子模块320，一维通信子模块310以及三维通信子模块320可以通过套接字实现网络通信。具体地，一维通信子模块310可以包括用于接收数据的一维通信子模块接收端以及用于发送数据的一维通信子模块发送端；三维通信子模块320可以包括用于接收数据的三维通信子模块接收端以及用于发送数据的三维通信子模块发送端。
本领域技术人员可以理解地，第一状态数state1可以包括一维第一状态数state1-1和三维第一状态数state1-3，控制模块200的一维控制子模块210用于产生一维第一状态数state1-1，控制模块200的三维控制子模块220用于产生三维第一状态数state1-3，一维第一状态数state1-1与三维第一状态数state1-3的初始值都为第一预设初始值，例如，都为1。
第二状态数state2可以包括一维第二状态数state2-1和三维第二状态数state2-3，控制模块200的一维控制子模块220用于产生一维第二状态数state2-1，控制模块200的三维控制子模块220用于产生三维第二状态数state2-3，一维第二状态数state2-1与三维第二状态数state2-3的初始值都为第二预设初始值，例如，都为0。
图3是图2所示的核反应堆计算系统在在一维系统程序停止时的信息交互图。
一维通信子模块310用于在一维系统程序停止时向一维计算子模块110接收一维系统程序的计算结果，并向三维通信子模块320发送一维系统程序的计算结果。
三维通信子模块320接收一维通信子模块310发送的一维系统程序的计算结果，并向三维计算子模块120发送一维系统程序的计算结果，以使三维计算子模块120根据一维系统程序的计算结果进行三维CFD程序计算。
一维通信子模块310还用于在一维系统程序停止时向控制模块200接收状态数，并向三维通信子模块320发送状态数。
三维通信子模块320接收一维通信子模块310发送的状态数，并向三维控制子模块220发送状态数，以使三维控制子模块220根据状态数控制三维CFD程序的开启。
本领域技术人员可以理解地，第一状态数state1的数值变化时，一维第一状态数state1-1和三维第一状态数state1-3也相应的变化。例如，在一维系统程序停止时，第一状态数state1的数值加1，第二状态数state2的数值不变，由于一维系统程序的启停受一维控制模块210控制，因此一维控制模块210可以接收到一维系统程序停止的信息，在一维系统程序停止时，一维第一状态数state1-1加1，一维第二状态数state2-1不变，而一维通信子模块310将数值变化后的一维第一状态数state1-1以及一维第二状态数state2-1的数值发送给三维通信子模块320，三维通信子模块320将接收到的一维第一状态数state1-1以及一维第二状态数state2-1发送给三维控制子模块220，以使三维第二状态数state2-1的数值变为一维第一状态数state1-1，三维第二状态数state2-3的数值变为一维第二状态数state2-1，也就是说，三维控制子模块220根据接收到的一维第一状态数state1-1以及一维第二状态数state2-1控制三维CFD程序的开启。
图4是图2所示的核反应堆计算系统10在在三维CFD程序停止时的信息交互图。
三维通信子模块320用于在三维CFD程序停止时向三维计算子模块120接收三维CFD程序的计算结果，并向一维通信子模块310发送三维CFD程序的计算结果。
一维通信子模块310接收三维通信子模块320发送的三维CFD程序的计算结果，并向一维计算子模块110发送三维CFD程序的计算结果，以使一维计算子模块110根据三维CFD程序的计算结果进行一维系统程序计算。
三维通信子模块320还用于在三维CFD程序停止时向控制模块200接收状态数，并向一维通信子模块310发送状态数。
一维通信子模块310接收三维通信子模块320发送的状态数，并向一维控制子模块210发送状态数，以使一维控制子模块210根据状态数控制一维系统程序的开启。
本领域技术人员可以理解地，第二状态数state2的数值变化时，一维第二状态数state2-1和三维第二状态数state2-3也相应的变化。例如，在三维CFD程序停止时，第二状态数state2的数值加1，第一状态数state1的数值不变，由于三维CFD程序的启停受三维控制模块220控制，因此三维控制模块220可以接收到三维CFD程序停止的信息，在三维CFD程序停止时，三维第二状态数state2-3加1，三维第一状态数state1-3不变，而三维通信子模块320将数值变化后的三维第二状态数state2-3以及三维第一状态数state1-3的数值发送给一维通信子模块310，一维通信子模块310将接收到的三维第二状态数state2-3以及三维第一状态数state1-3发送给一维控制子模块310，以使一维第一状态数state1-1的数值变为三维第一状态数state1-3，一维第二状态数state2-1的数值变为三维第二状态数state2-3，也就是说，一维控制子模块210根据接收到的三维第一状态数state1-3以及三维第二状态数state2-3控制三维CFD程序的开启。
核反应堆计算系统10还可以包括检测模块400，检测模块400检测一维通信子模块310以及三维通信子模块320对数据的接收以及发送状态是否异常，数据包括一维系统程序的计算结果、三维CFD程序的计算结果以及状态数。
在一维通信子模块310或三维通信子模块320对数据的接收以及发送状态异常时，一维通信子模块310或三维通信子模块320对数据进行重新接收或发送。例如，在一维通信子模块310对数据的接收状态异常时，一维通信子模块310对数据进行重新接收，在一维通信子模块310对数据的发送状态异常时，一维通信子模块310对数据进行重新发送，在三维通信子模块320对数据的接收状态异常时，三维通信子模块320对数据进行重新接收，在三维通信子模块320对数据的发送状态异常时，三维通信子模块320对数据进行重新发送。
在一些实施例中，在一维通信子模块310和三维CFD通信子模块320的套接字通信中，一维通信子模块310和三维CFD通信子模块320在收到数据后都会有一个返回值发送到控制模块200以判断数据是否接收成功，若数据接收失败，一维通信子模块310和三维CFD通信子模块320会在等待一定的时间后继续尝试将数据发送过来，直到控制模块200正常接收到数据。
核反应堆计算系统10还可以包括输出模块500，输出模块500用于输出一维系统程序的计算结果与三维CFD程序的计算结果。具体地，可以在一维系统程序停止时向一维通信子模块310接收一维系统程序的计算结果，并输出，在三维CFD程序停止时向一维通信子模块310接收三维CFD程序的计算结果，并输出。
在一些实施例中，一维计算子模块110、一维控制子模块210、一维通信子模块310以及输出模块500可以布置在Windows操作系统下，三维计算子模块120、三维控制子模块220、三维通信子模块320可以布置在Linux操作系统下。
在一些实施例中，输出模块500可以包含有图形化界面，图形化界面布置在Windows操作系统下，可以用于用户进行算例文件的设置以及计算结果的展示。输出模块500可以设置在一维系统程序所在Windows系统下的一维系统程序的可执行文件路径和一维系统程序参与计算部件的输入文件；输出模块500可以设置在三维CFD程序所在的远程高性能计算机集群的Linux操作系统下的IP地址和三维CFD程序的算例名称和算例位置；输出模块500可以设置一维系统程序和三维CFD程序参与耦合的边界；输出模块500可以设置一维系统程序和三维CFD程序的计算结果中的关键展示变量，通过读取一维系统程序和三维CFD程序的计算结果，以曲线形式实时在图形化界面输出计算结果。图形化界面使得用户可以直观地操作，进一步降低了一维系统程序和三维CFD程序进行耦合计算的实施难度。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种核反应堆计算系统(10)，其中，包括：
计算模块(100)，用于对所述核反应堆进行一维系统程序计算以及三维CFD程序计算；
控制模块(200)，控制所述一维系统程序以及所述三维CFD程序的开启以及停止；
通信模块(300)，配置成根据所述控制模块(200)的控制结果实现所述一维系统程序的计算结果与所述三维CFD程序的计算结果的数据交换；
所述计算模块(100)包括：
一维计算子模块(110)，用于对所述核反应堆进行所述一维系统程序计算；
三维计算子模块(120)，用于对所述核反应堆进行所述三维CFD程序计算；且所述控制模块(200)包括：
一维控制子模块(210)，控制所述一维系统程序的开启，并控制每次所述一维系统程序开启后计算一预设步长的计算后停止；
三维控制子模块(220)，控制所述三维CFD程序的开启，并控制每次所述三维CFD程序开启后计算另一预设步长的计算后停止；所述控制模块(200)还用于产生具有预设初始值的状态数，且所述状态数的数值根据所述一维系统程序以及所述三维CFD程序的停止变化；且
所述一维控制子模块(210)根据所述状态数的数值控制所述一维系统程序的开启，所述三维控制子模块(220)根据所述状态数的数值控制所述三维CFD程序的开启；
所述通信模块(300)包括一维通信子模块(310)以及三维通信子模块(320)，
所述一维通信子模块(310)用于在所述一维系统程序停止时向所述一维计算子模块(110)接收所述一维系统程序的计算结果，并向所述三维通信子模块(320)发送所述一维系统程序的计算结果；且
所述三维通信子模块(320)接收所述一维通信子模块(310)发送的所述一维系统程序的计算结果，并向所述三维计算子模块(120)发送所述一维系统程序的计算结果，以使所述三维计算子模块(120)根据所述一维系统程序的计算结果进行所述三维CFD程序计算；
所述一维通信子模块(310)还用于在所述一维系统程序停止时向所述控制模块(200)接收所述状态数，并向所述三维通信子模块(320)发送所述状态数；
所述三维通信子模块(320)接收所述一维通信子模块(310)发送的所述状态数，并向所述三维控制子模块(220)发送所述状态数，以使所述三维控制子模块(220)根据所述状态数控制所述三维CFD程序的开启；
所述三维通信子模块(320)还用于在所述三维CFD程序停止时向所述控制模块(200)接收所述状态数，并向所述一维通信子模块(310)发送所述状态数；
所述一维通信子模块(310)接收所述三维通信子模块(320)发送的所述状态数，并向所述一维控制子模块(210)发送所述状态数，以使所述一维控制子模块(210)根据所述状态数控制所述一维系统程序的开启。
2.根据权利要求1所述的核反应堆计算系统(10)，其中，
所述状态数包括具有第一预设初始值的第一状态数以及具有第二预设初始值的第二状态数，所述第一状态数的数值根据所述三维CFD程序的停止变化，所述第二状态数的数值根据所述一维系统程序的停止变化；且
所述一维控制子模块(210)根据所述第一状态数的数值以及所述第二状态数的数值的大小关系控制所述一维系统程序的开启，所述三维控制子模块(220)根据所述第一状态数的数值以及所述第二状态数的数值的大小关系控制所述三维CFD程序的开启。
3.根据权利要求1所述的核反应堆计算系统(10)，其中，
所述三维通信子模块(320)用于在所述三维CFD程序停止时向所述三维计算子模块(120)接收所述三维CFD程序的计算结果，并向所述一维通信子模块(310)发送所述三维CFD程序的计算结果；
所述一维通信子模块(310)接收所述三维通信子模块(320)发送的所述三维CFD程序的计算结果，并向所述一维计算子模块(110)发送所述三维CFD程序的计算结果，以使所述一维计算子模块(110)根据所述三维CFD程序的计算结果进行所述一维系统程序计算。
4.根据权利要求1所述的核反应堆计算系统(10)，其中，还包括：
检测模块(400)，检测所述一维通信子模块(310)以及所述三维通信子模块(320)对数据的接收以及发送状态是否异常，所述数据包括所述一维系统程序的计算结果、所述三维CFD程序的计算结果以及所述状态数；且
在所述一维通信子模块(310)或所述三维通信子模块(320)对所述数据的接收以及发送状态异常时，所述一维通信子模块(310)或所述三维通信子模块(320)对所述数据进行重新接收或发送。
5.根据权利要求1所述的核反应堆计算系统(10)，其中，还包括：
输出模块(500)，用于输出所述一维系统程序的计算结果与所述三维CFD程序的计算结果。
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